CN108426660B - 电机力矩测试设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及扭矩测试设备的技术领域，公开了一种电机力矩测试设备，包括机架，机架上设有底座，底座上设有固定机构；底座上设有连接轴，连接轴的一端同轴连接有与待测电机输出轴同轴连接的联轴器，连接轴上还同轴连接有转速测定机构和摩擦盘，摩擦盘边缘的两侧分别设有对摩擦盘进行制动的制动机构。将待测电机的输出力矩通过连接轴传递给摩擦盘，测出摩擦盘的制动力，计算出摩擦盘的制动力矩，即可间接计算出待测电机在设定转速下的输出力矩，通过本设备可完成待测电机在不同转速下输出力矩，得到待测电机的转速‑力矩性能曲线图。

Description

电机力矩测试设备

技术领域

本发明涉及扭矩测试设备的技术领域，具体涉及一种电机力矩测试设备。

背景技术

在电机入库检验中需要测试电机的输出扭矩，专业的测试设备由于设备过于庞大，系统过于复杂，造价高达数百万，而许多附加功能几乎无有实际用途，由于成本太高，只有专业厂家或检测机构才有。但是，一般使用电机的中小企业没有这些设备，又需要对电机的带负载能力有一定的了解。

发明内容

本发明意在提供一种电机力矩测试设备，以解决没有专业力矩测试设备的中小企业需要测试电机的输出力矩的技术问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：电机力矩测试设备，包括机架，机架上固定连接有底座，底座上滑动连接有固定待测电机的固定机构；底座上固定连接有两个转动支架，两个转动支架同时转动连接有连接轴，连接轴的一端同轴连接有与待测电机输出轴同轴连接的联轴器，连接轴上还同轴连接有转速测定机构和摩擦盘，摩擦盘边缘的两侧分别设有固定连接在机架上的第二气缸，第二气缸包括一端开口的第二缸套，第二缸套内滑动连接有抵块和第二活塞头，第二活塞头的顶部位于第二缸套外，第二活塞头与抵块之间设有力传感器，力传感器电连接有电脑，力传感器的测试端与抵块相抵，力传感器的另一端与所述第二活塞头可拆卸连接；第二缸套的底部固定连接有拉簧，拉簧的自由端与所述抵块固定连接；第二气缸连通有可拆卸连接在底座上的液压泵，液压泵与两第二气缸之间均连通有管道。

本方案的原理及优点是：固定机构用于安装待测电机，使待测电机固定在底座上，防止待测电机转动过程中晃动。联轴器用于连接待测电机的输出轴与连接轴，使连接轴随待测电机同轴转动，同时将待测电机的输出力矩传递给连接轴。转动支架用于支撑连接轴。电脑用于将力传感器测的力转换为待测电机的输出转速和输出力矩；同时电脑的显示屏用于显示力传感器所测力值随时间的变化情况，以及经转化后的待测电机设定转速和测试的力矩值。转速测定机构用于测定待测电机的输出转速，便于判定待测电机的输出转速是否达到设定值。待测电机的输出力矩通过连接轴传递给摩擦盘，测出摩擦盘的制动力，计算出摩擦盘的制动力矩，即可间接计算出待测电机在设定转速下的输出力矩。液压泵用于对第二气缸内提供压力油，第二气缸作为执行元件，用于对摩擦盘夹紧，进行制动。力传感器用于测定摩擦盘制动过程中，施加到摩擦盘上的制动力；两个第二气缸内均设力传感器，当两力传感器测定的压力值不一致时，需取出两力传感器进行校对，设置两力传感器提高了设备的可靠性。摩擦盘停止转动后，被拉伸拉簧恢复将第二活塞头拉回，而恢复初始状态，便于下侧测量待测电机的输出力矩。力传感器设在抵块和第二活塞头之间进行定位且使之受力均匀。

采用上述方案时，可测出待测电机在设定转速下的输出力矩，即可完成待测电机在不同转速下输出力矩，绘制出转速-力矩性能曲线图。本方案通过待测电机带动摩擦盘转动，对摩擦盘制动以测出待测电机的输出力矩，待测电机无需带动比其输出力矩更大的负载以判定待测电机是否达到要求，因而本设备不影响待测电机的性能。本发明结构简单，操作简单，能满足中小企业测试待测电机输出力矩的需求。

进一步，所述转速测定机构包括与连接轴滑动连接且卡接的转环，转环外壁上固定连接有离心弹簧且离心弹簧长度小于转环半径，离心弹簧的自由端固定连接有离心球，离心球下方设有弧形块，弧形块与离心球间歇相抵，弧形块下方设有第一气缸，第一气缸包括与弧形块下端固定连接的第一活塞杆，第一活塞杆的自由端固定连接有第一活塞头，第一活塞头滑动连接有固定连接在机架上的第一缸套，第一气缸与第二气缸之间也连通有所述管道；所述两第二活塞头的顶部均相抵有相抵块，两个相抵块固定连接有转轴，转轴连接有固定在机架上的旋转电机，旋转电机的输出轴与转轴同轴连接。

离心球随转环旋转产生离心力，弧形块对离心球起导向作用，使离心球能将离心力等效传递给第一活塞杆，避免离心球与第一活塞杆的侧面相抵。离心球旋转过程中将所受离心力等效作用在弧形块上，然后通过第一活塞杆和第一活塞头等效传递给第一气缸内的液压油，由于第一气缸与第二气缸连通，第二气缸内的液压油通过抵块将作用力传递给力传感器测试压力，从而计算出离心球产生的离心力，从而间接计算出待测电机的输出转速，从而判定待测电机的输出转速是否达到设定值。在待测电机转速未达到设定值时，相抵块用于对第二活塞头固定，使第二气缸内的力传感器可间接测出离心球产生的离心力。

进一步，连接轴外壁上设有两凹槽，两凹槽位于转环两侧，两凹槽内分别设有第一挡圈和第二挡圈，转环与第二挡圈相抵，转环与第一挡圈间歇相抵。第一挡圈和第二挡圈用于给转环限位，便于人们调节转环的位置。

进一步，所述转环一侧设有固定连接在机架上的液压缸，液压缸上固设有伸缩轴，伸缩轴与所述转环的端面固定连接。液压缸使伸缩轴伸长和缩短，以带动转环在连接轴上滑动，无需人工操作，使设备更智能化。

进一步，所述转动支架内均固设有与连接座转动连接的轴承。轴承用于支撑连接轴，降低其运动过程中的摩擦系数，并保证其回转精度，提高设备测试力矩的精度。

进一步，所述第二活塞头顶部固设有摩擦层。对摩擦盘制动时，摩擦盘与第二活塞头相互摩擦，摩擦层的设置可以提高第二活塞头的耐磨性，延长其寿命。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为图1中线框A处的内部示意图。

图3为图1中A-A剖视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：底座1、滑块11、待测电机2、安装板21、输出轴22、连接轴3、联轴器31、第一挡圈321、第二挡圈322、第三挡圈323、键一33、键二34、摩擦盘35、转动支架36、转环41、伸缩轴411、液压缸412、离心弹簧42、离心球43、弧形块44、第一气缸45、第一缸套451、第一活塞头452、第一活塞杆453、相抵块46、转轴47、旋转电机48、第二气缸5、第二缸套51、抵块52、力传感器53、第二活塞头54、拉簧55、管道56、液压泵6。

实施例基本如图1～3所示：电机力矩测试设备，包括机架，机架上通过螺栓固定连接有底座1，底座1上滑动连接有固定待测电机2的固定机构；固定机构包括两滑块11和四个连接螺栓，底座1上设有横向的T型槽，所述滑块11滑动连接在底座1的T型槽内，两滑块11内均设有纵向的T型槽，所述连接螺栓分别滑动连接在滑块11的T型槽内(一个滑块11连接两个连接螺栓)，每个连接螺栓上螺纹连接有三个锁紧螺母。底座1上设有连接轴3，连接轴3的左部和右部分别转动连接有轴承，两轴承通过螺栓分别固定连接有转动支架36，转动支架36通过螺栓固定连接在底座1上；连接轴3的左端通过键同轴连接有与待测电机2输出轴22同轴连接的联轴器31。连接轴3上设有两键槽，两键槽内分别设有键一33和键二34；连接轴3通过键一33和键二34分别同轴连接有转环41和摩擦盘35；连接轴3外壁上设有四个凹槽，其中两个凹槽位于转环41两侧，转环41两侧凹槽内分别设有第一挡圈321和第二挡圈322，转环41滑动连接在键一33上，转环41与第一挡圈321和第二挡圈322均间歇相抵，第一挡圈321和第二挡圈322用于给转环41限位；连接轴3另外两个凹槽位于摩擦盘35的两侧，此二凹槽内均设有第三挡圈323，摩擦盘35与两第三挡圈323相抵，实现摩擦盘35的轴向定位。所述转环41右侧设有固定连接在机架上的液压缸412，液压缸412上固设有伸缩轴411，伸缩轴411通过螺栓于转环41右端固定连接；转环41外壁上焊接有离心弹簧42且转环41半径是离心弹簧42长度的10倍，离心弹簧42的自由端焊接有离心球43；由于离心弹簧42刚度大且长度相比转环41半径较小，固不同转速下离心弹簧42拉伸长度接近；结合图3可知，离心球43下方设有弧形块44，弧形块44与离心球43间歇相抵，弧形块44下方设有通过螺栓连接在机架上的第一气缸45，结合图2可知，第一气缸45包括第一缸套451，第一缸套451内滑动连接有第一活塞头452，第一活塞头452的上端通过螺栓连接有第一活塞杆453，第一活塞杆453与所述弧形块44的下端焊接；弧形块44对离心球43起导向作用，使离心球43能将离心力等效传递给第一活塞杆453，避免离心球43与第一活塞杆453的侧面相抵。

所述摩擦盘35边缘的两侧分别设有通过螺栓固定连接在机架上的第二气缸5，第二气缸5包括一端开口的第二缸套51，第二缸套51内滑动连接有抵块52和第二活塞头54，第二活塞头54的顶部位于第二缸套51外，第二活塞头54顶部电镀有摩擦层，摩擦层为铬层或者镍层，两个第二活塞头54分别与摩擦盘35的两侧间歇相抵，第二活塞头54顶部均相抵有相抵块46，两相抵块46同时焊接有转轴47，转轴47连接有固定在机架上的旋转电机48，旋转电机48的输出轴与转轴47通过键同轴连接；第二活塞头54与抵块52之间设有力传感器53，力传感器53为美国INTERFACE公司的LBM垫片单压型测力传感器，力传感器53电连接有电脑(图中未示出)，电脑用于将力传感器53测的力转换为待测电机2的输出转速和输出力矩；同时电脑的显示屏用于显示力传感器53所测力值随时间的变化情况，以及经转化后的待测电机2设定转速和测试的力矩值；力传感器53的测试端与抵块52相抵，力传感器53的另一端与所述第二活塞头54通过螺栓连接；第二缸套51的另一端焊接有拉簧55，拉簧55的自由端与所述抵块52焊接；第二气缸5连通有通过螺栓连接在底座1上的液压泵6，液压泵6与两第二气缸5之间均连通有管道56，第一气缸45与其中一个第二气缸5之间也连通有所述管道56。

初始时，第一气缸45和两个第二气缸5内均装满液压油，第一活塞头452与第一缸套451顶部相抵，第二活塞头54与相抵块46相抵而未与摩擦盘35相抵，转环41与第二挡圈322相抵。

具体实施过程如下：在底座1上滑动滑块11，将滑块11滑动到合适位置后，拧紧连接螺栓下部的锁紧螺母，将待测电机2的输出轴22与联轴器31同轴连接，然后将待测电机2的安装板21通过连接螺栓中部和上部的锁紧螺母进行固定。固定好待测电机2后，打开数显仪，设定待测电机2转速，启动待测电机2，待测电机2通过联轴器31使连接有转动，连接轴3带动转环41和摩擦盘35转动，数显仪时刻记录力传感器53所测压力以及换算后的待测电机2的运行转速及输出力矩。待测电机2转速到达设定值以后，启动旋转电机48，旋转电机48通过转轴47带动相抵块46转动一定角度后停止，使相抵块46离开第二活塞头54，便于第二活塞头54与摩擦盘35相抵；同时启动液压缸412，液压缸412使伸缩轴411伸长，从而使转环41在键一33上滑动而与第一挡圈321相抵，使离心球43离开弧形块44而不与弧形块44相抵。启动液压泵6，液压油进入两个第二气缸5内，液压油通过抵块52推动第二活塞头54向靠近摩擦盘35的方向移动，同时拉伸拉簧55，直至第二活塞头54与摩擦盘35相抵，液压泵6继续工作，使第二活塞头54对摩擦盘35的夹紧力越来越大，直到第二摩擦盘35停止转动，待测电机2停止转动，待测电机2停止转动后关闭待测电机2。摩擦盘35停止转动后，关闭液压泵6，被拉伸的拉簧55恢复，使第二活塞头54向远离摩擦盘35的方向移动而恢复初始状态，等待下一次测试；同时启动旋转电机48，使相抵块46与第二活塞头54相抵，恢复初始状态；同时启动液压缸412，伸缩轴411缩短，转环41在键一33上滑动与第二挡圈322相抵，恢复初始状态。

待测电机2的设定转速测试过程如下：转环41随连接轴3转动，转环41通过离心弹簧42使离心球43绕连接轴3的轴线旋转，离心球43旋转过程中将所受离心力等效作用在弧形块44上，然后通过第一活塞杆453和第一活塞头452等效传递给第一气缸45内的液压油，由于第一气缸45与第二气缸5连通，第二气缸5内的液压油通过抵块52将作用力传递给力传感器53测试压力。由于第一气缸45和第二气缸5内液压油压力P相等，因而

式中：F离----表示离心球所受离心力，单位N；

F1-----表示第二活塞杆与相抵块相抵时力传感器所测力，单位N；

S1-----表示第一活塞头与液压油的接触面积，为确定值，单位mm；

S2-----表示第二活塞头与液压油的接触面积，为确定值，单位mm；

P-----表示第一气缸和第二气缸内压力油的压力。

由上得出离心球所受离心力：

再根据离心力的计算公式：F离＝mG和G＝1.118×10^-5×n²×r得出：

式中：n-----表示待测电机转动时的转速，单位r/min；

G-----表示相对离心力，以重力加速度g的倍数表示；

r-----表示重力球到连接轴轴线的距离；由于转环半径是离心弹簧长度的10倍，不同转速下离心弹簧被拉伸的长度与重力球到连接轴轴线的距离相比可忽略，因而r为确定值，单位cm；

m-----表示重力球的质量，为确定值，单位kg。

因而，通过力传感器53测出F1即可换算出待测电机2的转速n，然后通过数显仪进行显示，当数显仪中显示n达到设定转速时，液压泵6、旋转电机48和液压缸412工作，对摩擦盘35制动以测出待测电机2在设定转速下的输出力矩。

待测电机2的输出力矩计算如下：由于液压泵6的压力由负载决定，因而在对摩擦盘35制动过程中，力传感器53测得的最大压力F2为制动摩擦盘35的力，通过F2间接计算出的摩擦盘35力矩为待测电机2在设定转速下的输出力矩。由力矩计算公式：M＝Mm＝μ×F2×L

式中：M----表示待测电机的输出力矩，单位N.m；

Mm----表示待测电机传递给摩擦盘的力矩，单位N.m；

μ----表示摩擦盘与第二活塞头上摩擦层之间的摩擦系数，可由摩擦系数测试仪测量，常数；

L-----表示第二活塞头到连接轴轴线的距离，为确定值，单位m；

F2----表示摩擦盘制动过程中，力传感器测得的最大压力，为确定值，单位N。

因而，通过力传感器53测出F2即可换算出待测电机2的输出力矩M，然后通过数显仪进行显示。

通过本设备可测出待测电机2在设定转速下的输出力矩，即可完成待测电机2在不同转速下输出力矩，得到待测电机2的转速-力矩性能曲线图。本方案通过待测电机2带动摩擦盘35转动，对摩擦盘35制动以测出待测电机2的输出力矩，不影响待测电机2的使用性能。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (6)

1.电机力矩测试设备，包括机架，机架上固定连接有底座，底座上滑动连接有固定待测电机的固定机构；底座上固定连接有两个转动支架，两个转动支架同时转动连接有连接轴，连接轴的一端同轴连接有与待测电机输出轴同轴连接的联轴器，其特征在于：所述固定机构包括两滑块和四个连接螺栓，所述底座上设有横向T型槽，所述滑块滑动连接在底座的T型槽内，两滑块内设有纵向的T型槽，所述连接螺栓分别滑动连接在滑块的T型槽内，且每个连接螺栓上螺纹连接三个锁紧螺母；

所述连接轴上还同轴连接有转速测定机构和摩擦盘，摩擦盘边缘的两侧分别设有固定连接在机架上的第二气缸，第二气缸包括一端开口的第二缸套，第二缸套内滑动连接有抵块和第二活塞头，第二活塞头的顶部位于第二缸套外，第二活塞头与抵块之间设有力传感器，力传感器电连接有电脑，力传感器的测试端与抵块相抵，力传感器的另一端与所述第二活塞头可拆卸连接；第二缸套的底部固定连接有拉簧，拉簧的自由端与所述抵块固定连接；第二气缸连通有可拆卸连接在底座上的液压泵，液压泵与两第二气缸之间均连通有管道。

2.根据权利要求1所述的电机力矩测试设备，其特征在于：所述转速测定机构包括与连接轴滑动连接且卡接的转环，转环外壁上固定连接有离心弹簧且离心弹簧长度小于转环半径，离心弹簧的自由端固定连接有离心球，离心球下方设有弧形块，弧形块与离心球间歇相抵，弧形块下方设有第一气缸，第一气缸包括与弧形块下端固定连接的第一活塞杆，第一活塞杆的自由端固定连接有第一活塞头，第一活塞头滑动连接有固定连接在机架上的第一缸套，第一气缸与第二气缸之间也连通有所述管道；所述两个第二活塞头的顶部均相抵有相抵块，两个相抵块固定连接有转轴，转轴连接有固定在机架上的旋转电机，旋转电机的输出轴与转轴同轴连接。

3.根据权利要求2所述的电机力矩测试设备，其特征在于：连接轴外壁上设有两凹槽，两凹槽位于转环两侧，两凹槽内分别设有第一挡圈和第二挡圈，转环与第二挡圈相抵，转环与第一挡圈间歇相抵。

4.根据权利要求3所述的电机力矩测试设备，其特征在于：所述转环一侧设有固定连接在机架上的液压缸，液压缸上固设有伸缩轴，伸缩轴与所述转环的端面固定连接。

5.根据权利要求4所述的电机力矩测试设备，其特征在于：所述转动支架内均固设有与连接座转动连接的轴承。

6.根据权利要求1～5中任何一项所述的电机力矩测试设备，其特征在于：所述第二活塞头顶部固设有摩擦层。